摘要：我们研制出一种工作在1v电压下的有源多模干涉（mmi）激光二极管（ld），输出功耗为10mw（λ≈1.5µm）,传输速率达1gbps，主要原因是相比普通的激光二极管，电阻减少了60%，
关键词：mmi激光二极管
1、引言
随着数据通信业务的快速发展，带动着光纤到户（ftth）服务的广泛应用。
而用在ftth领域的光收发模块也就成为人们关注的焦点，然而，对一个ftth光模块来说标准的供给电压高达3.3v，而先进的lsi电路的工作电压则为1.5v。鉴于此，一种1.5v单电源，同时具有低功耗的光模块就成为人们竞相研究的热点，要实现1.5v光模块所面临的一个瓶颈问题是要研制出一种驱动电压为1.5v的激光二极管（ld）。在这里我们主要提出一种由有源多模干涉计（mmi）组成的激光二极管方案，我们为此进行了相关性能测试，测试的结果表明在1v电压驱动下，该激光器的输出功率能达到10mw，原因是电阻减少了60%。此外，我们也首次研究了mmi-ld的动态特性。在研究中，我们没有发现特别的抖动，这可能与mmi与单模波导之间光耦合发生变化有关系，我们最终成功完成了1gbps的稳定运行。
2、概述
1.5vld驱动电路的示意图如图1所示，它由一个单mos驱动器组成。我们假定ld的运行电压是1v，而mos的驱动电压是0.5v。ld的最小的运行电压通常受限于其内在电压（0.83v，λ=1.5μm），从而ld的电阻必须减少至2欧姆左右。要获得以上所需的电阻，其中一个方法是可以通过利用一个长腔ld。不过，采用这种方法的所耗费的成本比较高，因此这也不是最好的办法。一般激光器的腔长通常是300μm左右，腔加长一点很难。所以，我们打算结合有源mmi[1]和普通腔。这种有源mmi-ld是由一个1x1-mmi耦合器与标准的单模波导相连组成的，如图2.a所示。mmi部分与单模波导相比，有一个更大的宽度。通过对mmi部分的长度和带宽进行适当的设计，输入端的单模光场与mmi输出端的光场很相似，如图2b所示。尽管主要部分被设计成一个带有更宽有源区的多模波导，但合成结构最终却表现为一个单横向模波导，而宽广的有源区则起到有效抑制电阻的作用[2]。
3、装配
而实际中的有源mmi-ld是由1.5μminp/ingaasp多量子阱构成。腔长375μm，有源区面积是2.3x10-5cm2，为了更好地做比较，我们在同一晶圆上装配了相同腔长的普通ld（具有2μm宽的波导），有源区面积是7.5x10-6cm2，为了电流局限（currentconfinement）我们采用了双通道。电流的阻塞采用传统的p-inp和n-inp层。而激光器的刻面（facet）背部镀上一层高反射膜（hr），在正面则被劈开（cleaved，cl）。
4、结果和讨论
图3是在连续波（cw）的运作状态下激光二极管的输出光功率与电流之间的关系。由于有源区面积的差异，两种激光器的阀值电流ith也是互不相同的。标准的有源mmi性能可以用电压特性表示出来。而增加的有源区域有助于减少电阻，如我们看到的电阻从5.6欧姆（普通ld）减少到2.4欧姆（有源mmi-ld），如图4所示。因此，有源mmi-ld在1v时能发出10mw的光，而普通的ld在相同电压下只能发出4.5mw的光，如图5所示。
同时我们也研究了有源mmi-ld的动态特性。由于调制可能会引起折射率的改变，从而导致mmi部分和单模波导耦合性能的退化。图6是有源mmi-ld和普通ld在i/ith=1.3的条件下相对强度噪声（rin）比较图，在这里i表示电流。我们在图中并没有看到任何一个反常的噪声。谐振频率fr用于衡量rin，一般的ld的谐振频率是2.3ghz，有源mmi-ld的谐振频率是1.9ghz。存在这种差别的原因是有源mmi-ld的腔中光子密度比一般的ld的低。而3db下降响应频率（f3db）评估的是小信号的频率响应（图7所示），两者很接近（mmi-ld的响应频率是2.6ghz，一般的ld是2.8ghz），这是因为有源mmi-ld电阻更小，在高频区具有更慢的下降特性(roll-off)，因此就补偿了双方在fr方面的差额。图8（a）、（b）分别是有源mmi-ld和一般ld直接调制时的1gbps眼图(1gbps,prbs:223-1,1vp-p,i/ith=1.3)。正如我们在图中所看到的那样，有源mmi-ld的眼图与一般ld的眼图相比，没有出现任何不规则或反常的抖动现象，这两种不同结构激光二极管都获得了清晰的眼开图。结果表明有源mmi-ld可以效力于ftth市场。我们所获得的ld性能如表1所示。
